2. 中国地质调查局泥质海岸带地质环境重点实验室, 天津 300170
2. Key Laboratory of Muddy Coast Geo-Environment, China Geological Survey, Tianjin 300170, China
0 引言
海岸带是地球系统中陆地-海洋-大气强烈交互的作用带，其沉积物记录了丰富的环境变化信息。海岸带地区的沉积环境演化历史重建，是认识全球变化的重要手段。根据沉积学、古生物学、地球化学，结合考古遗迹等特征，识别出欧美海岸地区晚更新世以来的地震、海啸及构造活动等事件，并定量计算了中晚全新世的多次区域性海面波动[1, 2, 3, 4]。中国东南沿海钻孔的沉积相和高分辨率地震地层记录到早全新世多次融水脉冲事件[5, 6, 7]。
渤海湾作为深入内陆的陆表海湾，位于渤海西部，平均水深小于20 m[8]。渤海湾中晚更新世以来，海面的多次波动导致岸线发生频繁迁移，渤海湾及相邻沿岸低地经历了3次大规模的海陆交替过程[9, 10, 11]。但受研究程度限制，渤海湾西岸地区沉积环境多数研究仅定性地记录海水进退。近年来渤海湾西岸潮间带及近岸浅海区有孔虫和硅藻组合分带性与环境和海面的定量关系研究，为恢复局地全新世地质环境和海面变化提供新的尝试[12, 13]。本文根据渤海湾西岸微体生物组合分带性对沉积环境和水深变化的指示作用，结合精细沉积相划分，重建全新世沉积演化历史，定量讨论全新世相对海面变化。
1 材料和方法本研究以渤海湾西岸北部NP3孔、中部CH110孔和南部BT113孔上部约20 m岩心为对象(图 1)，主要采用AMS 14C测年和生物鉴定统计方法，重建研究区全新世沉积环境及相对海面波动。详细的钻孔信息和AMS 14C测年方法参见文献[14]。
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| 图 1 渤海湾西岸钻孔位置Fig.1 Location of the boreholes used on the west coast of Bohai Bay |
生物鉴定包括软体、微体(有孔虫、介形虫)两大门类。软体样品取样厚度5 cm，低温烘干，称重100 g；微体样品取样厚度2 cm，低温烘干，称重20 g;两类生物鉴定样品取样间距0.2~0.5 m。样品用自来水浸泡，加浓度30%的过氧化氢(H2O2)，待有机质反应完全后，过240目(0.063 mm)铜筛，水下冲淋。筛上部分干燥后，在双目镜下鉴定，对软体动物只做简单计数；对有孔虫和介形虫的属种名称和数量需对应样品号和取样深度建立数据库，分别计算其丰度和分异度。本文采用复合分异度来反映微体化石群中分类单元(属、种)多样化的程度。用信息函数H(s)①表达，公式如下：
①同济大学海洋地质系.化石群的分异度与古地理分析.上海：同济大学,1976.
其中:s为样品物种总数；Pi为第i种个体数占全群总个数的比值；ln为自然对数。
每个样品中选取含量占5%以上的种作为该样品中的优势种。利用Tilia软件对有孔虫和介形虫优势种分别进行聚类分析，绘制生物组合分带，以提高海面及地质环境的指示精度。
2 结果 2.1 AMS 14C测年结果“驻留时间效应”是指再搬运物体的14C年龄与该测试物所在的地层年龄间存在明显不同的现象。近年来笔者所在研究小组初步确定了渤海湾再搬运贝壳的平均驻留时间经验值600 a(原始年龄>1 000 cal BP)和100 a(原始年龄<1 000 cal BP)[15]，再搬运植物平均驻留时间经验值660 a(原始年龄>2 000 cal BP)[16]。虽然本研究的测年材料尽可能选取不耐搬运的、较薄的壳体，如Potamocorbula laevis(光滑河篮蛤)。但双壳类壳体由闭合状开裂成单瓣、进一步破碎直至被埋藏到地层，仍需要经历一定时间，即存在“驻留时间效应”。为更精确地建立渤海湾西岸全新世环境演化的时间格架，本文根据陈永胜等[14]及在文献[15, 16]研究的基础上，对3个钻孔的所有校正年龄又进一步做了驻留时间校正(表 1)。腹足类驻留时间同双壳类碎片[15]。CH110孔埋深8.0 m和6.7 m年龄中值同为420 cal BP，认为上部6.7 m处贝壳的再搬运的可能性更大，不予采信；18.6 m处的两个贝壳年龄中值分别1 690和2 270 cal BP，由于Crassostrea pestigris(牡蛎)壳体较厚，比Nassarius variciferus(纵肋织纹螺)更耐搬运，因此同一层位中认为C.pestigris再搬运时间可能更长，地层以相对年轻的贝壳年龄计。
| 实验室编号 BETA | 埋深/ m | 测年材料 | 惯用年龄/ BP | 校正年龄/cal BP | 驻留时间校正年龄/ cal BP | ||
| 中值 | 范围/(2σ) | 中值 | 范围/(2σ) | ||||
| (NP3) 305307 | 1.1 | Potamocorbula laevis碎片 | 1 790±30 | 1 524 | 1 679~1 378 | 924 | 1 079~778 |
| (NP3) 305308 | 3.3 | Potamocorbula laevis单瓣 | 3 460±30 | 3 550 | 3 680~3 400 | 2 950 | 3 080~2 800 |
| (NP3) 305309 | 5.7 | Potamocorbula laevis单瓣 | 4 550±30 | 4 970 | 5 143~4 828 | 4 370 | 4 543~4 228 |
| (NP3) 305310 | 9.3 | Nassarius variciferus完整壳体 | 5 020±30 | 5 570 | 5 660~5 450 | 4 970 | 5 060~4 850 |
| (NP3) 305311 | 17.3 | Crassostrea pestigris单瓣 | 5 840±30 | 6 430 | 6 950~6 300 | 5 830 | 6 350~5 700 |
| (NP3) BA08832 | 17.8 | 木炭 | 7 625±40 | 8 417 | 8 483~8 371 | 7 757 | 7 823~7 711 |
| (CH110) 305295 | 5.5 | Potamocorbula laevis碎片 | 380±30 | 240 | 300~40 | 140 | 200~0 |
| (CH110) 305297 | 6.7 | Potamocorbula laevis单瓣 | 740±30 | 520 | 630~450 | 420 | 530~350 |
| (CH110) 305296 | 8.0 | Potamocorbula laevis单瓣 | 750±30 | 520 | 630~460 | 420 | 530~360 |
| (CH110) 305298 | 15.1 | Nassarius variciferus完整壳体 | 1 890±30 | 1 650 | 1 800~1 510 | 1 050 | 1 200~910 |
| (CH110) 305299 | 18.6 | Crassostrea pestigris单瓣 | 2 930±30 | 2 870 | 3 050~2 750 | 2 270 | 2 450~2 150 |
| (CH110) 305300 | 18.6 | Nassarius variciferus完整壳体 | 2 400±30 | 2 290 | 2 350~2 110 | 1 690 | 1 750~1 510 |
| (CH110) 305301 | 19.0 | Crassostrea pestigris单瓣 | 4 510±30 | 4 890 | 5 060~4 810 | 4 290 | 4 460~4 210 |
| (BT113) 296005 | 4.4 | Potamocorbula laevis单瓣 | 1 580±30 | 1 300 | 1 410~1 220 | 700 | 810~620 |
| (BT113) 296006 | 4.9 | Potamocorbula laevis单瓣 | 2 100±30 | 1 880 | 2 030~1 760 | 1 280 | 1 430~1 160 |
| (BT113) 296007 | 5.4 | Potamocorbula laevis单瓣 | 2 680±40 | 2 670 | 2 740~2 440 | 2 070 | 2 140~1 840 |
| (BT113) 296008 | 6.1 | Potamocorbula laevis单瓣 | 2 750±40 | 2 720 | 2 810~2 590 | 2 120 | 2 210~1 990 |
| (BT113) 296010 | 7.1 | Potamocorbula laevis单瓣 | 2 910±40 | 2 850 | 3 020~2 740 | 2 250 | 2 420~2 140 |
| (BT113) 296011 | 7.5 | Potamocorbula laevis单瓣 | 3 020±40 | 3 000 | 3 190~2 840 | 2 400 | 2 590~2 240 |
| (BT113) 296003 | 10.2 | Potamocorbula laevis单瓣 | 3 410±30 | 3 470 | 3 630~3 350 | 2 870 | 3 030~1 750 |
| (BT113) 296012 | 11.2 | Nassarius variciferus完整壳体 | 3 570±40 | 3 680 | 3 830~3 540 | 3 080 | 3 230~2 940 |
| (BT113) 296004 | 13.2 | Nassarius variciferus完整壳体 | 5 340±40 | 5 900 | 6 010~5 750 | 5 300 | 5 410~5 150 |
| (BT113) 297743 | 14.0 | Nassarius variciferus完整壳体 | 6 340±40 | 7 010 | 7 170~6 880 | 6 410 | 6 570~6 280 |
| (BT113) 297741 | 15.7 | Potamocorbula laevis碎片 | 7 150±40 | 7 790 | 7 920~7 660 | 7 190 | 7 320~7 060 |
| (BT113) 297742 | 16.7 | Potamocorbula laevis碎片 | 7 830±40 | 8 450 | 8 590~8 360 | 7 850 | 7 990~7 760 |
| 注：表中BA08832样品测量由北京大学考古文博学院AMS 14C实验室完成。 | |||||||
有孔虫和介形虫等微体生物对环境和气候条件反应非常敏感，其丰度和分异度是指示海陆相环境的重要指标[17, 18, 19]。渤海湾西部潮间带及近岸浅海区埋藏有孔虫分布显示:复合分异度为2.0~2.9指示近岸浅海环境，1.5~2.0指示潮间带下部环境，<1.5指示潮间带上部和部分特殊环境[12]。本文分别统计并计算了NP3、CH110和BT113三个钻孔样品(图版 I)中有孔虫和介形虫的丰度、分异度，并对优势种进行聚类分析，作为指示环境演化和海面变化的重要依据。
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| 图版 I 1.Ammonia beccarii (Linn)vars.(毕克卷转虫变种),背视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；2.Ammonia beccarii (Linn)vars.(毕克卷转虫变种), 腹视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；3.Elphidium advenum Cushman(异地希望虫), 侧视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；4.Elphidium nakanokawaense Shirai(霜粒希望虫)，侧视，样品编号：NP3-35，深度9.87~9.93 m；5.Elphidium magellanicum Heron-Allen & Earland(缝裂希望虫)，侧视，样品编号：NP3-35，深度9.87~9.93 m；6.Buccella frigida Cushman(冷水面颊虫)，腹视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；7.Buccella frigida Cushman(冷水面颊虫)，背视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；8.Elphidium simplex Cushman(简单希望虫)，侧视，样品编号：NP3-35，深度9.87~9.93 m；9.Ammonia annectens Parker and Jones(同现卷转虫)，俯视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；10.Quinqueloculina akneriana rotunda Gerke (圆型短五玦虫)，侧视，样品编号：CH110-3，深度6.88~6.93 m；11.Quinqueloculina akneriana rotunda Gerke (圆型短五玦虫)，侧视，样品编号：NP3-35，深度9.87~9.93 m；12、13.Pseudononionella variabilis S. Y. Zheng(多变假小九字虫)，背视，样品编号：CH110-3，深度6.88~6.93 m；14.Cribrononion subincertum Asano(亚易变筛九字虫)，侧视，样品编号：CH110-39，深度18.65~18.70 m；15.Cribrononion porisuturalis S. Y. Zheng(孔缝筛九子虫)，侧视，样品编号：NP3-1，深度1.10~1.60 m；16.Elphidiella kiangsuensis Ho, Hu et Wang(江苏小希望虫)，侧视，样品编号：NP3-3，深度2.18~2.23 m；17.Protelphidium tuberculatum d’Orbigny(具瘤先希望虫)，侧视，样品编号：CH110-29，深度15.30~15.35 m；18.Wichmannella bradyformis (Ishizaki)(布氏威契曼介)，样品编号：CH110-28，深度15.00~15.05 m；19.Neomonoceratina dongtaiensis Yang et Chen(东台新单角介)，样品编号：CH110-28，深度15.00~15.05 m；20.Trachyleberis niitsumai Ishizaki(二津满粗面介)，样品编号：CH110-29，深度15.30~15.35 m。 |
NP3孔上部21 m岩心微体生物取样54个，有孔虫共计14属83种。以Ammonia beccarii vars.(毕克卷转虫变种)和Elphidium magellanicum(缝裂希望虫)为主要优势种，平均含量合计超过60%。其他常见种有Quinqueloculina akneriana rotunda(圆形短五玦虫)、Cribrononion porisuturalis(孔缝筛九字虫)、Protelphidium tuberculatum(具瘤先希望虫)、Elphidium nakanokawaense(霜粒希望虫)、Elphidium hughesi foraminosum(显孔鼓室希望虫)、Elphidiella kiangsuensis(江苏小希望虫)、Cribrononion incertum(易变筛九字虫)、Pseudononionella variabilis(多变假小九字虫)等。样品中含量＞5%的优势种10个，利用Tilia软件聚类，绘制有孔虫组合分带图(图 2)。
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| 图 2 NP3孔有孔虫组合特征Fig.2 Assemblages of foraminifera of Borehole NP3 |
NP3孔介形虫共计33属55种，大部分为海相介形类，以Sinocytheridea impressa(凹陷中华美花介)为主要优势种，平均含量接近40%。其他常见种有Loxoconcha binhaiensis(滨海弯贝介)、Albileberis sheyangensis(射阳洁面介)、Aurila miii(三井耳形介)、Bicornucythere bisanensis(皮桑双角花介)、Cushmanidea triangulata(三角库士曼介)、Neomonoceratina dongtaiensis(东台新单角介)、Neomonoceratina triangulata(三角新单角介)、Wichnannella sp.(威契曼介未定种)、Wichmannella bradyformis(布氏威契曼介)、Trachyleberis niitsumai(二津满粗面介)、Sinocythere dongtaiensis(东台中华花介)。另有少量陆相介形类Candona youheensis(尤河玻璃介)、Candoniella albicans(纯净小玻璃介)、Candoniella mirobilis(奇异小玻璃介)等。样品中含量＞5%的优势种13个，利用Tilia软件聚类，绘制介形虫组合分带图(图 3)。由于陆相介形类含量较低，聚类时将所有陆相种累计以Terrestrial(陆生的)表示。
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| 图 3 NP3孔介形虫组合特征Fig.3 Assemblages of ostracoda of Borehole NP3 |
CH110孔上部23 m岩心微体生物取样50个，有孔虫共计11属68种。以A.beccarii vars.、Q.akneriana rotunda和P.tuberculatum为主要优势种，平均含量合计超过65%。其他常见种有A.annectens(同现卷转虫)、A.limbatobeccarii(凸镶边卷转虫)、Buccella frigida(冷水面颊虫)、E.magellanicum、E.nakanokawaense。样品中含量＞5%的优势种8个，利用Tilia软件进行聚类，绘制有孔虫组合分带图(图 4)。
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| 图 4 CH110孔有孔虫组合特征Fig.4 Assemblages of foraminifera of Borehole CH110 |
CH110孔介形虫共计13属20种，以海相介形类为主，优势度高，S.impressa平均含量超过40%，其他常见种有L.binhaiensis、 Albilebris sinensis(中华洁面介)、B.bisanensis、N.dongtaiensis、 Alocopocythere transcendens(超越沟眼花介)、 Wichmannella sp.、W.bradyformis。另有少量陆相介形类C.youheensis等。样品中含量＞5%的优势种9个，利用Tilia软件进行聚类分析，绘制介形虫组合分带图(图 5)。
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| 图 5 CH110孔介形虫组合特征Fig.5 Assemblages of ostracoda of Borehole CH110 |
BT113孔上部20 m岩心微体生物取样27个，有孔虫共计12属35种。以A.confertitesta(厚壁卷转虫)、A.beccarii vars.、Q.akneriana rotunda为主要优势种，平均含量合计超过60%。其他常见种有A.annectens、E.magellanicum、Protelphidium spp.(先希望虫多种)、Cribrononion spp.(筛九字虫多种)、E.hughesi foraminosum、Elphidium advenum (异地希望虫)。样品中含量＞5%的优势种9个，利用Tilia软件进行聚类，绘制有孔虫组合分带图(图 6)。
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| 图 6 BT113孔有孔虫组合特征Fig.6 Assemblages of foraminifera of Borehole CH113 |
BT113孔介形虫共计18属40种，以海相介形类为主，S.impressa平均含量接近40%，其他常见种有L.binhaiensis、Tanella opima(丰满陈氏介)、Echinocythereis sp.(棘艳花介未定种)、B.bisanensis、N.dongtaiensis、A.transcendens、W.bradyformis。淡水介形类较少，玻璃介和土星介属零星分布。样品中含量＞5%的优势种8个，利用Tilia软件进行聚类，绘制介形虫组合分带图(图 7)。
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| 图 7 BT113孔介形虫组合特征Fig.7 Assemblages of ostracoda of Borehole BT113 |
NP3孔孔口高程+2.1 m，根据地层的岩石学特征(图 8,9)、生物组合特征(图 2,3)及AMS 14C测年结果(表 1)，将NP3孔上部21 m岩心自下而上划分为U1U5沉积单元，并解释沉积相。
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| 图 8 NP3孔、CH110孔和BT113孔岩心照片Fig.8 Photographs of the cores for NP3, CH110 and BT113 |
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| 图 9 NP3孔全新统岩性与沉积单元划分Fig.9 Holocene lithological and sedimentological units of Borehole NP3 |
U1沉积单元(埋深21.0~19.0 m，高程-18.9~-16.9 m)为黏土质粉砂，黄灰色(2.5Y 4/1，蒙赛尔色标，下同)至暗橄榄棕色(2.5Y 3/3)。平均粒径6~7 Φ，底部较粗，4.5~6 Φ。21~20 m含砂质透镜体，底部含少量炭质斑点及淡水腹足类Gyraulus albus(白小旋螺)和Parafossarulus(沼螺)。20~19 m无明显层理，含直径3~5 mm的钙质结核。生物化石含量少，个别样品中见有孔虫，丰度9~25，广盐性种A.beccarii vars.占80%以上。介形虫丰度3~38，淡水种C.albicans和C.youheensis合计占80%以上。
该单元淡水生物组合占优势，丰度和分异度低，沉积物以细粒为主，层理不发育，颜色较深，含少量钙质结核，下伏地层未发现生物，判断为全新世初期的近岸沼泽环境。
U2沉积单元(埋深19.0~18.0 m，高程-16.9~-15.9 m)主要为粉砂层，橄榄黒色(5Y 3/2)。平均粒径5.5~7.0 Φ。透镜层理。有孔虫丰度45~1 064，分异度1.01~1.38，以A.beccarii vars.、P.tuberculatum、E.magellanicum和E.nakanokawaense组合为特征。介形虫丰度5~22，分异度0.33~1.12，以S.impressa和N.dongtaiensis组合为特征，见少量B.bisanensis和C.triangulata。
该单元生物为海相组合特征，但丰度和分异度较低，广盐性种含量高。沉积物较粗，透镜体发育。上覆U3单元底部17.8 m处驻留时间校正年龄为7 823~7 711 cal BP，判断U2单元为早全新世的潮滩环境。
U3沉积单元(埋深18.0~9.6 m，高程-15.9~-7.5 m)以粉砂为主，橄榄黑色。平均粒径集中在4.5~6.0 Φ，顶、底部稍粗。透镜层理，含水量高，18~17 m贝屑富集。生物化石丰富，软体动物以C.pestigris为优势种。有孔虫丰度390~7 616，分异度0.68~2.19，以A.beccarii vars.和E.magellanicum组合为主，含E.nakanokawaense、P.tuberculatum、C.incertum、P.variabilis和Q.akneriana rotunda。介形虫丰度11~352，分异度0.54~2.47，优势度低，多个属种含量均低于20%，以S.impressa、L.binhaiensis、A.Miii、B.bisanensis 、C.triangulata、N.dongtaiensis、N.triangulata、Wichnannella sp.、W.bradyformis、T.niitsumai、S.dongtaiensis组合为特征，见少量C.albicans。
该单元生物化石丰富，海相组合，指示水深加大，底部沉积速率0.03 cm/a，向上沉积速率增大至0.93 cm/a，表明受河流输入影响;判断U3单元为中全新世的浅海至前三角洲环境。
U4沉积单元(埋深9.6~2.6 m，高程-7.5~-0.5 m)为砂质粉砂，黑棕色(10YR 2/3)。平均粒径3.7~7.4 Φ，波状层理，含贝壳碎屑和炭化、半炭化的植物碎屑。有孔虫丰度273~6 016，分异度1.19~2.42。软体动物以C.pestigris为优势种。有孔虫优势种组合与U3单元相近，但E.magellanicum含量降低，P.turberculatum和Q.akneriana rotunda含量增大，个别样品中见E.hughesi forminosum。介形虫丰度50~556，分异度0.19~2.48。介形虫优势种组合与U3单元相近，顶部S.impressa、L.binhaiensis含量增加，出现A.sheyangensis和少量淡水介形类Ilyocypris bradyi(布氏土星介)、Ilyocypris cornae(柯氏土星介)。
该单元以海相生物组合为主，丰度和分异度变化大，总体呈向上降低趋势。顶部广盐性的滨岸种含量增加。沉积物含植物炭屑和贝屑，粒度向上变粗后变细，沉积速率下高上低，从0.60 cm/a下降至0.17 cm/a，判断U4单元为中全新世晚期三角洲前缘环境。
U5沉积单元(埋深2.6~1.0 m，高程-0.5~1.1 m)为黏土质粉砂，浊黄棕色(10YR 4/3)。平均粒径6.0~6.5 Φ。含贝壳碎屑和植物炭屑，见少量砂质透镜体。底界2.6 m处见钙质结核，表面呈铁染斑状；中部1.5 m处发育铁染斑点。有孔虫丰度141~1 504，分异度0.33~2.3。以A.beccarii vars.、E.hughesi foraminosum、E.kiangsuensis、P.variabilis和C.porisuturalis组合为主，含少量P.tuberculatum、C.incertum、Q.akneriana rotunda和E.magellanicum。介形虫丰度0~19，分异度0.71~1.9。介形虫以S.impress、L.binhaiensis和土星介属组合为主，含少量B.bisanensis、A.mii和N.dongtaiensis。
该单元生物组合海相性低，以广盐性滨岸属种和淡水介形类为主。丰度和分异度低，且有波动。沉积物偏细，沉积速率低，只有0.11 cm/a。发育铁染斑点和钙质结核，判断U5单元为晚全新世的三角洲平原环境。
2.3.2 CH110孔沉积相划分CH110孔孔口高程+3.2 m，根据地层的岩石学特征(图 8,10)、生物组合特征(图 4,5)及AMS 14C测年结果(表 1)，将CH110孔上部23 m岩心自下而上划分为U1U5沉积单元，并解释沉积相。
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| 图 10 CH110孔全新统岩性与沉积单元划分Fig.10 Holocene lithological and sedimentological units of Borehole CH110 |
U1沉积单元(埋深23.0~20.3 m，高程-19.8~-17.1 m)23.00~22.35 m为黏土质粉砂，黑棕色(10YR 3/1)，炭质条带不均匀分布。平均粒径5.7~8.0 Φ。22.35~22.08 m为泥炭层，黑色(10YR 2/1)，底部见沼螺。22.08~20.3 m粉砂层为主，向上过渡为黏土质粉砂，灰黄棕色(10YR 4/2)，近块状层理，炭质条带不均匀分布。该单元有孔虫和介形虫丰度极低，有孔虫丰度3~15，广盐性种A.beccarii vars.占60%以上；介形虫丰度2~28，为C.youheensis和C.albicans淡水组合。
该单元以细粒沉积物为主，无明显层理，发育泥炭层，指示相对稳定的水体环境。生物化石含量低，且只见少量淡水和半咸水种。渤海湾西岸全新世底泥炭层的年龄多分布在11.0~9.5 ka cal BP[10, 20, 21]，通常被视作全新统的底界，判断U1单元为全新世初期的近岸沼泽环境。
U2沉积单元(埋深20.3~19.2 m，高程-17.1~-16.0 m)为黏土质粉砂，黑棕色(10YR 3/1)至黑色。平均粒径5.8~8.0 Φ，向上变粗。含贝壳碎片，主要为C.pestigris和Anomia chinensis(中华不等蛤)等碎片，虫孔发育。底部炭屑含量高。有孔虫和介形虫丰度和分异度小幅上升。有孔虫丰度64~286，分异度1.7~2.7，以A.beccarii vars.、A.annectens和P.tuberculatum组合为特征，常见A.limbatobeccarrii、E.magellanicum和E.nakanokawaense等。介形虫丰度49~172，分异度0.59~2.31，底部C.youheensis含量占70%以上，上部S.impressa和B.bisanensis含量增加。
该单元生物含量较下伏地层单元有所增加，C.pestigris多生活在河口区或潮间带附近浅海区[9]，E.nakanokawaense多分布河口三角洲等过渡带[22]，另有淡水介形虫C.youheensis和广盐性有孔虫A.beccariivars.发育，底部的炭屑为陆源输入。据此，判断该单元为海陆交互的潮滩环境，其上部A.annectens、P.tuberculatum和A.limbatobeccarrii等深水种出现，表明水深呈增加趋势。
U3沉积单元(埋深19.2~18.6 m，高程-16.0~-15.4 m)为贝壳砂层，砂泥混合，分选差。贝壳保存相对完整，双壳类多呈单瓣状，见C.pestigris、A.chinensis、Chlamys farreri(栉孔扇贝)、Dosinia gibba(凸镜蛤)、Barbatia bistrigata(双纹须蚶)和Scapharca subcrenata(毛蚶)等；腹足类见Nassarius festivus(秀丽织纹螺)和Pyrunculus tokyoensis(东京梨螺)等。有孔虫丰度为286~6 656，分异度为1.9~2.7。以A.beccarii vars.、A.annectens、B.frigida和P.tuberculatum组合为特征，常见A.limbatobeccarrii和E.magellanicum。介形虫丰度为112~427，分异度为2.24~2.43。以B.bisanensis、N.dongtaiensis、Wichmanella sp.和W.bradyformis组合为特征，常见S.impressa和C.youheensis。
该单元生物以海相组合为特征，水体较深，有孔虫和介形虫丰度较高，二者分异度均达到最高值。驻留时间校正年龄显示该贝壳砂层发育于4 460~1 510 cal BP期间，沉积速率极低，只有0.02 cm/a，单位厚度沉积历时较长，判断U3为中全新世浅海环境。
U4沉积单元(埋深18.6~13.7 m，高程-15.4~-10.5 m)主要为黏土质粉砂，顶部黏土含量增大，棕灰色(10YR 4/1)。平均粒径6~7 Φ，顶底粗细略有变化。透镜层理，15 m以上富含炭质条带。见C.pestigris、S.subcrenata和N.festivus等软体动物贝壳，有孔虫丰度为257~12 256，分异度为1.6~2.8。以A.beccarii vars.、P.tuberculatum和Q.akneriana rotunda组合为特征，常见A.annectens、B.frigida和A.limbatobeccarrii。介形虫丰度0~2 792，分异度0.86~1.79。以S.impressa、B.bisanensis和N.dongtaiensis组合为特征，常见Wichmanella sp.、A.transcendens和W.bradyformis。
该单元生物化石含量丰富，有孔虫和介形虫丰度在15 m深处达到最高值，海相组合特征。沉积物以细粒为主，有机质丰富，发育扁平状透镜层理，沉积速率上升至0.55 cm/a。判断该单元转为受河流影响的前三角洲环境。
U5沉积单元(埋深13.7~4.9 m，高程-10.5~-1.7 m)根据有孔虫组合和介形虫组合特征进一步划分两个亚单元：
U5-1沉积单元(埋深13.7~9.0 m，高程-10.5~-5.8 m)为黏土质粉砂，黏土含量>40%，平均粒径6.5~8.5 Φ，炭质条带不均匀分布。以埋深12 m为界，上部灰黄棕色(10YR 4/2)，含少量砂质透镜体；下部浊黄棕色(10YR 4/3)，块状层理。生物含量较低，只见少量细小贝壳碎片。有孔虫丰度7~480，分异度0.4~1.7。优势度高，A.beccarii vars.和E.nakanokawaense两者含量可达80%以上，常见B.frigida、E.magellanicum、P.tuberculatum和Q.akneriana rotunda。介形虫丰度0~62，分异度为0，只有少量S.impressa。
该亚单元沉积物偏细，炭屑含量高。软、微体生物化石含量少，分异度低。以近岸广盐性种A.beccarii vars.和S.impressa为优势种，沉积速率上升至1.13 cm/a。判断该单元受河流影响进一步增强，为三角洲前缘环境。
U5-2沉积单元(埋深9.0~4.9 m，高程-5.8~-1.7 m)为黏土质粉砂。底部9.0~6.0 m，平均粒径4.7~7.6 Φ，向上变粗，灰黄棕色(10YR 4/2)，7~6 m为粉砂质砂。透镜层理，富含贝屑。软体动物以P.laevis为优势种，埋深6.8 m处丰度超过100粒。含少量的Moerella jedoensis(江户明樱蛤)、Stenothyra glabra(光滑狭口螺)和N.variciferus等。微体生物丰度和分异度上升，有孔虫丰度10~8 752，分异度1.4~2.3，以A.beccarii vars.、P.tuberculatum和Q.akneriana rotunda组合为特征，常见B.frigida和A.limbatobeccarrii和E.magellanicum。介形虫丰度0~2 792，分异度0.86~1.79。以S.impressa和N.dongtaiensis组合为特征，常见L.binhaiensis、B.bisanensis、Wichmanella sp.、A.transcendens和W.bradyform，见少量淡水介形类。顶部6.0~4.9 m，平均粒径6.7~8.0 Φ，向上变细，黒棕色(10YR 2/2)。无明显层理。生物化石含量低，未见贝壳碎片。有孔虫丰度55~394，分异度0.4~1.3，优势度高，A.beccarii vars.单种含量达80%以上。介形虫丰度0~48，分异度0~1.32，S.impressa、 L.binhaiensis和A.sinensis含量达80%以上。
该亚单元底部有孔虫和介形虫生物组合与U4单元相近，海相性强，丰度稍有降低，有少量淡水介形虫出现，软体生物以生活在潮滩中下部的P.laevis和S.glabra组合为主。沉积物粗化，沉积速率上升至0.89 cm/a，顶部生物化石丰度降低，分异度有波动，判断该亚单元仍为三角洲前缘环境。总体表现水体由深变浅的过程。
2.3.3 BT113孔沉积相划分BT113孔孔口高程+1.4 m，根据地层的岩石学特征(图 8,11)、生物组合特征(图 6,7)及AMS 14C测年结果(表 1)，将BT113孔上部20 m岩心自下而上划分为U1-U6沉积单元，并解释沉积相[23]。
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| 图 11 BT113孔全新统岩性与沉积单元划分Fig.11 Holocene lithological and sedimentological units of Borehole BT113 |
U1沉积单元(埋深20.0~16.9 m，高程-18.6~-15.5 m)底部为松散细砂，黄橙色(10YR 6/6)，向上粒度变细，渐变为粉砂层，黄棕色(10YR 5/6)。平均粒径3.5~5.0 Φ。粉砂层发育小型交错层理、钙质结核。该单元含少量Cathaica sp.(中国蜗牛)和炭化植物碎片，但未发现有孔虫和介形虫。
该单元内生物化石含量低，且只见少量陆生种，不含海相有孔虫和介形虫，光释光年龄显示[23]，U1单元发育于晚更新世低海面时期，此时该地区是未受海水影响的河流相沉积环境。
U2沉积单元(埋深16.9~16.0 m，高程-15.5~-14.6 m)为细砂沉积，灰黄棕色(10YR 4/3)，夹黏土质粉砂薄层，平均粒径3~4 Φ，呈向上变细趋势。含少量贝壳碎片和小于1 mm的植物碎屑。软体动物主要有Corbicula fluminea(河蚬)、P.laevis幼体和S.subcrenata等的碎片。该层含有孔虫和介形虫，但丰度和分异度均较低。有孔虫不足40个，以A.confertitesta为主。介形虫少于10个，主要为N.dongtaiensis和B.bisanensis。
该单元开始出现以半咸水和广盐性种组合为主的海相生物化石，但含量较低。底部16.7 m处驻留时间校正年龄显示U2单元形成于早全新世，为受淡水输入影响的河口或潮滩沉积环境。
U3沉积单元(埋深16.0~13.2 m，高程-14.6~-11.8 m)下部16.0~15.0 m为夹粉细砂薄层的黏土质粉砂，黄灰色(2.5Y 4/1)，具波状层理。上部15.0~13.2 m为黏土质粉砂，暗灰黄色(2.5Y 4/2)，砂质含量降低，呈透镜状层理。平均粒径3~5 Φ。贝壳碎片含量增多，以P.laevis为主，有少量Crassostreasp.幼体和海相腹足类壳体。有孔虫和介形虫的丰度和分异度向上快速增大，并在13.2 m首次达到峰值。有孔虫的丰度和分异度分别为28~4 568和1.5~1.9，以A.confertitesta和A.beccarii vars.组合为特征，常见Q.akneriana rotunda、E.magellanicum和E.hughesi foraminosum等。介形虫丰度和分异度分别为43~2 660和1.5~1.9，以S.impressa、N.dongtaiensis为组合特征，并有少量A.transcendens和W.bradyformis。
该单元生物化石丰富，以海相组合为特征，且丰度和分异度向上增大，正粒序沉积，是海洋影响逐渐增强、水体变深的结果。3个驻留时间校正年龄显示该单元发育于大约7 300～5 100 cal BP，为中全新世的浅海环境。
U4沉积单元(埋深13.2~8.5 m，高程-11.8~-7.1 m)为黏土质粉砂，棕灰色(10YR 1/4)，透镜状层理，10.0~9.0 m呈黑棕色(2.5Y 3/1)，有机质含量高。平均粒径5~7 Φ。富含贝壳碎片且虫孔发育。软体动物仍以P.laevis为主，单瓣含量高达400个，并有少量海相腹足类壳体，软体动物含量较U3单元高。但有孔虫和介形虫的丰度和分异度快速下降，在埋深8.5 m附近降至最低。有孔虫丰度从4 568降至33，分异度从1.9降至1.4。以A.confertitesta和Q.akneriana rotunda为组合特征，常见A.annectens、E.magellanicum和Protelphidium spp.等。介形虫丰度从2 660降至6，分异度从1.8降至1.2，仍以S.impressa和N.dongtaiensis为组合特征，常见种有Echinocythereis sp.、L.binhaiensis和W.bradyformis等。
该单元下部化石含量丰富，以海相组合为特征，为浅海环境。上部(11 m以上)有孔虫和介形虫的丰度和分异度均大幅度降低，虽仍为浅海相组合，但个体偏小，层内炭化植物碎屑增多，沉积速率增大，推测此时河流输入增强，开始由浅海向前三角洲环境过渡。
U5沉积单元(埋深8.5~4.2 m，高程-7.1~-2.8 m)为黄灰色(2.5Y 4/1)细砂层夹黒棕色(10YR 3/1)黏土质粉砂层，近互层状。粒径波动范围大，平均粒径2~8 Φ。细砂层分选差，贝屑富集。黏土质粉砂层中虫孔发育，炭屑含量高。软体动物仍以P.laevis为优势种，单瓣含量高达2 000个以上，含少量Crassostrea sp.幼体和海相腹足类壳体。有孔虫和介形虫的丰度和分异度向上快速增加，在埋深4.2 m处再次达到峰值。有孔虫的丰度和分异度分别上升至5 423和1.9，仍以A.confertitesta和Q.akneriana rotunda组合为主，常见A.beccarii vars.、A.annectens等。介形虫丰度和分异度分别增至1 338和1.8，以S.impressa、B.bisanensis为组合为特征，常见N.dongtaiensis、L.binhaiensis、A.transcendens、T.opima和W.bradyformis。
该单元化石含量丰富，呈海相组合特征，但沉积物粒度变粗，贝屑富集，指示冲刷作用增强，水体变浅，大量炭化的植物碎屑和波动上升的沉积速率说明河流供给作用进一步加强，进入三角洲前缘沉积环境。
U6沉积单元(埋深4.2~1.0 m，高程-2.8~0.4 m)底部4.2~2.2 m为黏土质粉砂，黒色(10YR 2/1)，富含有机质，有臭味。中部2.2~1.0 m为黏土质粉砂，棕色(10YR 4/5)，透镜层理。顶部1.0~0.0 m为回填土。平均粒径6~8 Φ。软体动物仍以P.laevis为优势种，但数量较少，上部不足10个。有孔虫和介形虫丰度和分异度再次降低，有孔虫丰度从936降至25，介形虫丰度从710降至8。二者分异度总体呈下降趋势，仅在埋深1.7 m出现小幅上升，向上继续降低。有孔虫以A.confertitesta和A.beccarii vars.为优势种，上部含少量Q.akneriana rotunda、E.magellanicum和Cribronon spp.。介形虫中S.impressa占绝对优势，上部含少量L.binhaiensis、T.opima和Echinocythereis sp.。
该单元化石虽以海相组合为特征，但含量向上降低，优势度高，分异度低，个体偏小。埋深1.2 m处出现少量Candona dorsiarca(弓背玻璃介)陆生淡水种，且上部沉积物呈棕色(10YR 4/5)，指示海水影响逐渐减弱，过渡为三角洲平原环境。底部黑色层为接近平均高潮线的盐沼沉积。顶部有孔虫和介形虫分异度的波动可能受较大潮汐活动影响。
3 讨论 3.1 渤海湾西岸全新世沉积环境演化根据NP3、CH110和BT113孔的全新世环境变化信息绘制的剖面图显示(图 12)，全新世以来渤海湾西岸受海陆交互作用的影响，普遍经历了沼泽潮滩浅海前三角洲三角洲前缘三角洲平原环境的演化过程;但从北向南沿岸各环境的发育时间不尽相同，即在同一时间内，渤海湾西岸沿现代岸线方向的沉积环境表现出不同程度的差异。
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| 图 12 渤海湾西岸现代岸线附近全新世地质环境演化剖面图Fig.12 Holocene geological environment evolution profile along the present shoreline of the West Coast of Bohai Bay |
全新世初期的10 000 cal BP前后，渤海湾西岸北部NP3孔和中部CH110孔地区多发育以陆地影响为主的沼泽环境，而南部BT113孔地区则无沉积，上更新统的河流相沉积处于暴露剥蚀状态[23]。上述环境差异指示全新世初期渤海湾西岸南高北低的地貌特征，这一向北缓倾的趋势持续到约6 000 cal BP。
约8000 cal BP时，全区进入潮滩环境，潮滩层厚度不超过1 m。根据BT113孔测年结果推算，该潮滩层历时660 a。李建芬[12]认为在9 000 cal BP，海水已影响到NP3孔附近地区;据此分析沿岸北部可能因地势较低更早进入潮滩环境。至7 700 cal BP，NP3孔显示潮滩环境几近结束而进入浅海。如此推算，渤海湾西岸潮滩环境发育时间历时1 300 a。渤海湾西岸现代最大潮差4.6 m，平均潮差2.5 m[16, 25]，假设全新世以来渤海湾西岸潮差不变，潮差所提供的可容空间应向上发育连续的潮上带、潮间带、潮下带沉积序列，并且潮滩层厚度至少可达平均潮差2.5 m，或者更大。如忽略本研究沉积相划分所造成的深度误差，渤海湾西岸全新世海侵初期广泛发育的不超过1 m的潮滩层，厚度明显偏小，说明当时沉积物供给速率远低于海面上升的速率。
至7 000 cal BP前后，渤海湾西岸现代沿海地区全线进入浅海沉积环境，海洋作用继续增强。浅海沉积环境在现代岸线南北两端的BT113孔和NP3孔地区持续约千年，而在中部的CH110孔地区浅海环境持续长达5 000 a，直至1 500 cal BP才结束，极低的沉积速率反映中部地区长期处于饥饿沉积状态。
6 000 cal BP以来，南北两端BT113孔和NP3孔地区受河流供给影响，沉积速率增大，先后进入三角洲过渡环境。6 000~5 000 cal BP，NP3孔沉积速率近1 cm/a，处于前三角洲环境，指示水深较大，说明该时段内沉积物供给速率仍低于海面的上升速率，暗示存在海面快速上升过程。6 000~1 500 cal BP期间，南北两端沉积速率明显高于中部，形成南北高，中间低的海底地貌特征。直至1 500 cal BP以来，CH110孔地区三角洲开始发育，沉积供给增强，中部的低洼地形渐被填平补齐。随着地层厚度的增加，水体变浅，海洋影响逐渐减弱，北部NP3孔地区约1 000 cal BP前后三角洲平原环境基本发育完成，南部BT113孔地区则要滞后数百年，而中部CH110孔成陆大约在近百年以内或是更接近现代。
3.2 渤海湾西岸相对海面记录渤海湾西岸在全新世海陆交替环境演化过程中，形成一系列反映海面时空位置的特殊层位和地质体。李建芬等[16]通过136个海面变化标志点已获得渤海湾西岸全新世相对海面变化带，其中8个标志点由NP3孔、CH110孔和BT113孔贡献(参见文献[16]附件)。本文在沉积环境分析的基础上，结合有孔虫组合分带性对水深变化的指示作用，重新考虑3个钻孔中的海面变化标志点(图 13)，讨论钻孔记录的全新世相对海面变化。渤海湾西岸大潮平均潮差以3 m计[16, 24]，除了潮间带中部恰好指示当时海平面位置，形成于高水位和低水位处的标志点需分别减去或者加上平均大潮潮差的一半(1.5 m)，折算为当时的海平面(mean sea level,MSL)。
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| 图 13 渤海湾西岸钻孔记录的全新世相对海面变化Fig.13 Relative sea level change recorded in Boreholes of west coast of Bohai Bay |
全新世初期，渤海湾西岸现代岸线北部NP3孔和中部CH110孔地区沼泽环境发育。一般认为以陆地影响为主的，向上未直接被海相覆盖的泥炭层具有限的海面指示意义[16, 25, 26, 27]，可勉强地表示随后一段时间海面将要到达的“趋势”。泥炭层是沼泽环境中植被繁盛阶段的产物，因此NP3孔和CH110孔沼泽环境的底板可反映当时的平均大潮高水位(mean high water spring,MHWS)即将到达该地，即当时的MHWS上限已接近-19.8~-18.9 m，减去平均大潮潮差的一半，折算当时的相对海平面上限接近-21.3~-20.4 m。
约8 000 cal BP，全区进入潮滩环境，指示当时MHWS已到达，3个钻孔潮滩层的底板高程记录MHWS高度介于-17.1~-15.5 m，减去平均大潮潮差的一半，折算当时的相对海平面介于-18.6~-17.0 m。至7 000 cal BP前后，渤海湾西岸现代岸线处全线进入浅海沉积环境，随着水深的逐渐增大，海区的海底高程已无法准确反映当时海面的位置。通过沉积物中有孔虫的属种和垂直分带组合对水深的指示作用，用浅海区海底地表高程+水深的方法可推算出相对海面的高度[12]。对比现代有孔虫垂直分布规律[12]，BT113孔U3单元有孔虫组合中A.confertitesta和A.beccarii vars.占绝对优势，指示水深较浅，与另外两个E.magellanicum和Q.akneriana rotunda优势种组合，推测水深在5 m以内。以U3单元顶板高程11.8 m加水深5 m，认为约6 000 cal BP时相对海平面在现代海平面6.8 m以下，即当时的相对海平面上限为6.8 m。NP3孔U3单元有孔虫优势种E.magellanicum平均含量超过25%，最高达50%。E.magellanicum与其他优势种P.tuberculatum和Q.akneriana rotunda组合指示当时水深在5~20 m范围[28, 29]。若以最小水深计，约5 000 cal BP时，根据U3单元顶板高程7.5 m加水深5 m，推算当时相对海平面在2.5 m以上，即当时相对海平面下限为2.5 m。CH110孔U3单元沉积速率极低，推测该单元贝壳砂层的起讫时间可能不限于4 290~1 690 cal BP(表 1)。由于CH110孔U3单元年代模糊，若按高程-水深转换海面高度，时空位置误差较大，在此不作具体推算。
自6 000 cal BP以来，河流供给作用逐渐增强，研究区三角洲体系发育，依次形成了前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原沉积。约1 000 cal BP以来，北部NP3孔地区海洋作用渐弱，U5单元三角洲平原已发育，指示当时的MHWS低于其顶板高程+1.1 m，折算当时相对海平面的上限为-0.4 m(+1.1 m -1.5 m)。约800 cal BP，南部BT113孔U5单元三角洲前缘仍在当时平均大潮低水位(mean low water spring，MLWS)之下，折算当时相对海平面下限为-1.3 m(-2.8 m+1.5 m)。
4 结论1)全新世以来渤海湾西岸受海陆交互作用的影响，经历了沼泽潮滩浅海前三角洲三角洲前缘三角洲平原环境的演化过程。全新世初期的10 000 cal BP前后，渤海湾西岸现代岸线北部和中部地区多发育以陆地影响为主的沼泽环境，而南部无沉积。约8 000 cal BP，全区进入潮滩环境，潮滩层厚度不超过1 m，历时数百至1千余年。至7 000 cal BP前后，渤海湾西岸全线进入浅海沉积环境。约6 000 cal BP，沿岸南北两端先后进入三角洲过渡环境，中部三角洲环境约开始于1 500 cal BP。
2)全新世初始至6 000 cal BP，渤海湾西岸呈南高北低的地貌特征，约6 000 cal BP以来，受沉积供给的影响，形成南北高，中间低的海底地貌特征。6 000~5 000 cal BP期间NP3孔在近1 cm/a较高沉积速率背景下，仍发育浅海环境，暗示相对海面快速上升的可能。
3)渤海湾西岸全新世海陆交替环境演化过程记录了相对海面变化。全新世初期，渤海湾西岸现代岸线相对海平面已接近-21.3~-20.4 m。约8 000 cal BP，沿岸相对海平面介于-18.6~17.0 m。约6 000 cal BP时相对海平面低于-6.8 m，约5 000 cal BP时，相对海平面最低为-2.5 m，1 000~800 cal BP，相对海平面介于-1.3~-0.4 m。8 000~5 000 cal BP，相对海面上升约15.0 m，上升速率达5 m/1 ka，印证了结论2)环境演化所反映的快速相对海面上升。
中国地质调查局天津地质调查中心阎玉忠研究员鉴定软体动物，中国地质科学院水文地质环境地质研究所林防工程师鉴定介形虫，在此一并感谢。
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